P ω 增强型k-ω湍流模型在三角翼旋涡流动的应用

发布时间：2021-09-03 03:38

　　在三角翼旋涡绕流数值模拟中,标准Wilcox k-ω湍流模型生成项未考虑旋度的影响而导致预测的旋涡强度较弱。通过引入探测因子区分剪切层和涡核,在旋涡流动的高旋度区域增加ω方程生成项的方法,基于结构化网格上的RANS求解器,加入了P_ω增强型k-ω湍流模型,对绕尖前缘三角翼亚声速和跨声速旋涡流场进行了数值模拟。计算结果与NASA的NTF风洞和DLR的DNW-TWG风洞试验数据进行了对比分析,结果表明:不论在亚声速还是跨声速自由来流条件下,P_ω增强型k-ω湍流模型计算的压力分布、涡破裂位置均与试验数据吻合良好,准确地预测出了三角翼上翼面的主涡、二次涡结构,特别是跨声速条件下激波干扰导致的涡破裂的临界迎角及涡破裂位置,表明Pω增强型k-ω湍流模型在绕三角翼旋涡流动数值模拟中具有良好的适用性。 

【文章来源】：空气动力学学报. 2016,34(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图１６５°后掠三角翼模型［１２］Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｍｅｔｒｙｏｆｔｈｅ６５°ｓｗｅｐｔｌｅａｄｉｎｇｅｄｇｅｄｅｌｔａｗｉｎｇ

表１计算状态对比Ｔａｂｌｅ１ＣＦＤｃａｓｅｓｃｈｏｓｅｎｆｏｒｓｕｍｍａｒｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ计算状态Ｍａ∞Ｒｅ∞（×１０６）α（°）１２亚声速０．４０．４６６１８．５２３．０３４５６跨声速０．８５０．８５０．８５０．８０６６６３１８．５２３．０２４．６２６．０３．１网格影响分析本文网格采用了Ｈ－Ｏ型网格拓扑。为了分析网格影响，相对粗网格，对三角翼前、后缘，支架顶点和物面法向区域网格进行加密处理。图２为密网格的拓扑结构、物面网格和空间网格切片，部分网格分布参数见表２。图２三角翼拓扑结构及计算网格示意图（ｆｉｎｅｇｒｉｄ）Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈａｎｄｇｒｉｄｔｏｐｏｌｏｇｙａｒｏｕｎｄｔｈｅｄｅｌｔａｗｉｎｇ表２计算网格量对比Ｔａｂｌｅ２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｓｉｚｅ网格类型网格量（×１０６）壁面距离ｙ＋三角翼上网格分布展向流向法向ｃｏａｒｓｅ≈７．０１．０×１０－５ｃｒ２．１１２９１６５１２９ｆｉｎｅ≈１３．９０．５×１０－５ｃｒ１．０２１９２２９１６１４６３第４期张冬云等：Ｐω增强型ｋ－ω湍流模型在三角翼旋涡流动的应用

进行网格影响分析选用的计算状态为：Ｍａ∞＝０．８５，α＝２３．０°，Ｒｅ∞＝６×１０６。在文献［１２］中，ＮＡＳＡＮＴＦ风洞试验数据显示三角翼上翼面并未发生主涡破裂现象，该迎角与发生涡破裂的临界迎角接近，而文献［１２］的ＣＦＤ方法预测出了涡破裂现象。图３为选用Ｐω增强型ｋ－ω湍流模型，粗、密网格的ＣＦＤ计算结果对比，表明粗、密网格均预测出了三角翼上翼面的主涡峰值和二次涡峰值，前三个站位处，密网格预测的主涡和二次涡峰值均高于粗网格，更接近于试验数据。ｘ／ｃｒ＝０．８站位处，粗网格预测的主涡峰值及站位与试验结果吻合良好，但沿展向外侧压力分布均低于试验数据，二次涡峰值不明显；密网格预测的主涡和二次涡峰值均高于试验数据。ｘ／ｃｒ＝０．９５站位处，粗网格预测的主涡峰值与试验数据吻合较好，但主涡形态较为平滑，密网格预测的主涡峰值偏高，但主涡形态与试验数据接近（即沿展向方向，在主涡外侧的压力系数曲线更为陡峭）。上述对比表明，两套网格均较为准确地预测出了主涡和二次涡结构，网格密度达到研究要求。为了更为准确地预测绕三角翼旋涡流动中的分离涡、剪切层、激波与涡的干扰现象等，本文后续的研究均采用密网格。（ａ）ｘ／ｃｒ＝０．２（ｂ）ｘ／ｃｒ＝０．４（ｃ）ｘ／ｃｒ＝０．６（ｄ）ｘ／ｃｒ＝０．８（ｅ）ｘ／ｃｒ＝０．９５（ｆ）ｓｐａｎｗｉｓｅｓｔａｔｉｏｎｓ图３不同网格密度在不同展向站位物面压力系数曲线对比Ｆｉｇ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕ

【参考文献】：
期刊论文
[1]绕跨声速三角翼的激波/涡干扰流场数值模拟[J]. 李喜乐,杨永,张强,夏贞锋.  航空学报. 2013(04)
[2]高阶精度格式WCNS在三角翼大攻角模拟中的应用研究[J]. 王光学,邓小刚,刘化勇,王运涛.  空气动力学学报. 2012(01)



本文编号：3380325